专利名称：汽车尾气氮氧化物监测光纤传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及应用光纤传感器，有害气体检测，环保，汽车工业，废气处理等领域。
背景技术：
在当前的汽车工业中，汽车尾气的处理越来越受到社会和人们的关注。汽车尾气 中有很大一部分是氮氧化物，氮氧化物如果任意排入大气会对人类的健康造成危害。利用光纤传感器对氮氧化物进行检测。其原理是利用特定波长的激光器作为 探测源，该激光器的波长为氮氧化的强吸收峰。当激光从发射端发射出来后，通过在待测 气体(氮氧化物)中一段距离的传输，在接收端被探测，通过Beer公式Ι(λ) = I0(A) exp (- α CL)，分析激光被待测气体吸收的强弱，就可以得到氮氧化物的浓度值。作为汽车尾气中氮氧化物监测控制的传感器，该传感器应安装方便，结构合理，可 合理的安装在汽车的排气装置中。该传感器应对汽车尾气中的氮氧化物敏感，不易受到汽 车尾气中其他物质(如二氧化碳、一氧化碳等、其他杂质粉尘)的影响。此外，传感器中的 光发射端和探测接收端应有效的准直。并且该系统还应具备在较高温度、恶劣环境下工作 的能力。
发明内容
(一)要解决的技术问题作为一种新的用于监测控制汽车尾气中氮氧化物含量的光纤传感器，该传感器要 求对汽车尾气中氮氧化物敏感。可以实时监测汽车排放尾气中氮氧化物的含量，以便进行 反馈控制。并且该传感器应保证传感器的光发射端与光接收端有效准直，以达到测量的准 确高效。此外，该系统还应具有抗高温，抗粉尘等功能，以保证该系统在汽车尾气排放系统 中长时间的正常工作。( 二 )技术方案为达到上述目的，本发明提供了一种汽车尾气中氮氧化物监测光纤传感器，包 括一气室，该气室概似一圆筒状，其中间有一通孔，外壁概似一锥形，分为大径端和 小径端，外壁的中间有一柱状凹部，该柱状凹部的壁面与通孔的方向相对开有两个小孔；一滤网，该滤网安装在气室大径端的外侧；一法兰固定套管，为阶梯状，一端安装在柱状凹部的一小孔内；一第一法兰盘，该第一法兰盘固定在法兰固定套管上；一第二法兰盘，该第二法兰盘安装在柱状凹部的另一小孔内；一第一准直透镜安装在柱状凹部的一小孔的内侧；一第二准直透镜安装在柱状凹部的另一小孔的内侧；一波长激光器光源通过光纤与第二法兰盘连接；一光电探测器通过光纤与与第一法兰盘连接；
一微处理器通过电路与光电探测器连接；一氮氧化物中和装置通过电路与微处理器连接。其中气室概似锥形的角度与汽车尾气催化器载体的排气口角度相匹配。其中该柱状凹部开有两个小孔的壁面处为平面。其中法兰固定套管的前端靠近边缘的地方等间距的设计有微调螺孔。(三)有益效果本发明的有益效果是通过中空圆台型设计，可以将汽车尾气氮氧化物光纤传感 器方便的装配在汽车尾气催化器的常规的载体的出口端。方便监测从汽车尾气催化器中排 出气体中的氮氧化物的含量。传感器入气室入口处的滤网设计，可以有效的隔离尾气中的 粉尘颗粒，保护光纤传感器不受到物理伤害，同时又具有降低气体温度的作用。传感器中间部分的设计可以有效的将光发射端和光接收端粗略准直。通过调节法 兰固定套管上的微调螺丝可以精确的微调光发射端的角度，保证传感器的光发射端和光接 收端的精确准直。
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图对本发明作进一步说明，其中图1是本发明汽车尾气中氮氧化物监测光纤传感器的整体结构示意图；图2为汽车尾气中氮氧化物监测光纤传感器的气室剖面图；图3位法兰固定套管的示意图；图4为汽车尾气中氮氧化物监测光纤传感器在汽车尾气催化器载体中的安装示 意图。
具体实施例方式本发明汽车尾气中氮氧化物监测光纤传感器，是对汽车尾气中氮氧化物含量进行 监测控制的重要组件。如图1所示气室1被一通孔8贯穿，外壁概似一锥形，分为大径端10和小径端11，外壁的中 间有一柱状凹部9，该柱状凹部9的壁面向通孔8的方向相对开有两个小孔12。其中气室 1概似锥形的倾斜角度与汽车尾气催化器常规载体的出气端倾斜角度相匹配。气室1为一 体机加工完成，由不锈钢或其他不易被腐蚀氧化的高强度金属制成。在高温高粉尘的恶劣 环境下也不易受损变形。一滤网2安装在气室1大径端10的外侧，滤网2由金属材料或其 他化纤材料制成，用于过滤汽车尾气中的颗粒粉尘。滤网2应既可以隔离粉尘，又可以保证 气体的有效流通，与此同时，当高热气体经过滤网2时，由于滤网2的导热作用，废气在经过 滤网2后，温度会有一定程度的降低，可对准直透镜6、准直透镜7起到一定保护的作用。请参阅图2所示，气室1的剖面图，其中该柱状凹部9开有两个小孔12，小孔12的 壁面处为平面，法兰盘5安装在柱状凹部9 一侧平面的小孔12中，用于耦合激光发射端的 光纤，在法兰盘5后端正向安有准直透镜6，用于将激光汇聚准直，在另一侧的小孔12中装 配有法兰固定套管4，在法兰固定套管内装有法兰盘3，用于耦合激光接收端的光纤，法兰 固定套管4的后端反向安有准直透镜7，用于将经过气室1后衰减的光汇聚准直进入接收端 的光纤。
法兰固定套管4为一中空阶梯状结构，如图3所示，后端圆柱套的外径应与气室1 上柱状凹部9 一侧的小孔12直径相匹配，内径应与法兰盘3的尺寸相匹配，法兰固定套管4 的前端也为一中空圆柱结构，在圆柱面靠近边缘的地方等间距的设计有微调螺孔13，通过 微调螺孔13可以将法兰固定套管4固定在气室1的柱状凹部9上，并且通过调节微调螺孔 13上螺丝的松紧，可以精细调节法兰固定套管4内的法兰3的角度，以达到激光发射与接收 的准直。汽车尾气中氮氧化物光纤传感器的安装和工作状态如图4所示，气室1与滤网2 被安装在汽车尾气催化器载体的出气口端，外壁概似一锥形的气室1的锥形角度正好与汽 车尾气催化器载体出气口端的角度相匹配，通过螺丝或者焊接的方法将气室1、滤网2与汽 车尾气催化器载体固定，特定波长激光器光源a、光电探测器b、微处理器c均在汽车尾气催 化器载体外，氮氧化物中和装置d装配汽车尾气催化器载体的进气口端，特定波长激光器 光源a通过光纤与汽车尾气催化器载体内的气室1上的法兰盘5相连，光电探测器b通过 光纤与汽车尾气催化器载体内气室1上的法兰盘3相连，光电探测器b通过电路与微处理 器c相连，微处理器c通过电路与氮氧化物中和装置d相连。工作时，含有氮氧化物的废气从汽车尾气催化器载体的进气口进入，穿过滤网2 进入室1，特定波长激光器a中发射特定波长的激光通过法兰盘5进入气体分析室，被氮氧 化物吸收后的光通过法兰盘3耦合出气室1，进入光电探测器b，光电探测b探测到的光电 流信号进入微处理器c进行处理计算，微处理器c控制氮氧化物中和装置d，根据检测到 的氮氧化物的多少喷出中和物质，对汽车尾气催化器载体进气口处的氮氧化物进行中和处 理，完成整个汽车尾气中氮氧化物光纤传感器的闭环控制。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡 在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
权利要求
1.一种汽车尾气中氮氧化物监测光纤传感器，包括一气室，该气室概似一圆筒状，其中间有一通孔，外壁概似一锥形，分为大径端和小径 端，外壁的中间有一柱状凹部，该柱状凹部的壁面与通孔的方向相对开有两个小孔； 一滤网，该滤网安装在气室大径端的外侧； 一法兰固定套管，为阶梯状，一端安装在柱状凹部的一小孔内； 一第一法兰盘，该第一法兰盘固定在法兰固定套管上； 一第二法兰盘，该第二法兰盘安装在柱状凹部的另一小孔内； 一第一准直透镜安装在柱状凹部的一小孔的内侧； 一第二准直透镜安装在柱状凹部的另一小孔的内侧； 一波长激光器光源通过光纤与第二法兰盘连接； 一光电探测器通过光纤与与第一法兰盘连接； 一微处理器通过电路与光电探测器连接； 一氮氧化物中和装置通过电路与微处理器连接。
2.根据权利要求1所述的汽车尾气中氮氧化物光纤传感器，其中气室概似锥形的角度 与汽车尾气催化器载体的排气口角度相匹配。
3.根据权利要求1所述的汽车尾气中氮氧化物光纤传感器，其中该柱状凹部开有两个 小孔的壁面处为平面。
4.根据权利要求1所述的汽车尾气中氮氧化物光纤传感器，其中法兰固定套管的前端 靠近边缘的地方等间距的设计有微调螺孔。
全文摘要
一种汽车尾气中氮氧化物监测光纤传感器，包括一气室，该气室概似一圆筒状，其中间有一通孔，外壁概似一锥形，分为大径端和小径端，外壁的中间有一柱状凹部，该柱状凹部的壁面与通孔的方向相对开有两个小孔；一滤网安装在气室大径端的外侧；一法兰固定套管，为阶梯状，一端安装在柱状凹部的一小孔内；一第一法兰盘固定在法兰固定套管上；一第二法兰盘安装在柱状凹部的另一小孔内；一第一准直透镜安装在柱状凹部的一小孔的内侧；一第二准直透镜安装在柱状凹部的另一小孔的内侧；一波长激光器光源通过光纤与第二法兰盘连接；一光电探测器通过光纤与与第一法兰盘连接；一微处理器通过电路与光电探测器连接；一氮氧化物中和装置通过电路与微处理器连接。
文档编号G01N21/31GK102062726SQ20091023784
公开日2011年5月18日 申请日期2009年11月11日 优先权日2009年11月11日
发明者孙可, 臧志成, 谢亮, 韩立 申请人:中国科学院半导体研究所